JP2010234362A - 電気式脱イオン水製造装置及びその運転方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】縦型脱塩室を有するEDIであって、該脱塩室に充填されるイオン交換体が、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が水湿潤状態で平均直径30〜300μmの開口となる連続マクロポア構造体であり、全細孔容積0.5〜5ml/g、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量0.4〜5mg当量/mlであり、イオン交換基が該多孔質イオン交換体中に均一に分布しており、且つ該連続マクロポア構造体(乾燥体)の切断面のSEM画像において、断面に表れる骨格部面積が、画像領域中25〜50%であるモノリスと粒状イオン交換樹脂の混合イオン交換体である。
【選択図】図13
Description
第1のモノリスイオン交換体は、モノリスにイオン交換基を導入することで得られるものであり、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が水湿潤状態で平均直径30〜300μm、好ましくは30〜200μm、特に35〜150μmの開口(メソポア)となる連続マクロポア構造体である。モノリスイオン交換体の開口の平均直径は、モノリスにイオン交換基を導入する際、モノリス全体が膨潤するため、モノリスの開口の平均直径よりも大となる。開口の平均直径が30μm未満であると、通水時の圧力損失が大きくなってしまうため好ましくなく、開口の平均直径が大きすぎると流体とモノリスイオン交換体との接触が不十分となり、その結果イオン交換特性が低下してしまうため好ましくない。なお、本発明では、乾燥状態のモノリス中間体の開口の平均直径、乾燥状態のモノリスの開口の平均直径及び乾燥状態のモノリスイオン交換体の開口の平均直径は、水銀圧入法により測定される値である。また、水湿潤状態のモノリスイオン交換体の開口の平均直径は、乾燥状態のモノリスイオン交換体の開口の平均直径に、膨潤率を乗じて算出される値である。具体的には、水湿潤状態のモノリスイオン交換体の直径がx1(mm)であり、その水湿潤状態のモノリスイオン交換体を乾燥させ、得られる乾燥状態のモノリスイオン交換体の直径がy1(mm)であり、この乾燥状態のモノリスイオン交換体を水銀圧入法により測定したときの開口の平均直径がz1(μm)であったとすると、水湿潤状態のモノリスイオン交換体の開口の平均直径(μm)は、次式「水湿潤状態のモノリスイオン交換体の開口の平均直径(μm)=z1×(x1/y1)」で算出される。また、イオン交換基導入前の乾燥状態のモノリスの開口の平均直径、及びその乾燥状態のモノリスにイオン交換基導入したときの乾燥状態のモノリスに対する水湿潤状態のモノリスイオン交換体の膨潤率がわかる場合は、乾燥状態のモノリスの開口の平均直径に、膨潤率を乗じて、モノリスイオン交換体の空孔の水湿潤状態の平均直径を算出することもできる。
第1のモノリスイオン交換体は、イオン交換基を含まない油溶性モノマー、界面活性剤及び水の混合物を撹拌することにより油中水滴型エマルジョンを調製し、次いで油中水滴型エマルジョンを重合させて全細孔容積が5〜16ml/gの連続マクロポア構造のモノリス状の有機多孔質中間体を得るI工程、ビニルモノマー、一分子中に少なくとも2個以上のビニル基を有する架橋剤、ビニルモノマーや架橋剤は溶解するがビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒及び重合開始剤からなる混合物を調製するII工程、II工程で得られた混合物を静置下、且つ該I工程で得られたモノリス状の有機多孔質中間体の存在下に重合を行い、該有機多孔質中間体の骨格より太い骨格を有する骨太有機多孔質体を得るIII工程、該III工程で得られた骨太有機多孔質体にイオン交換基を導入するIV工程、を行なうことにより得られる。
第2のモノリスイオン交換体は、イオン交換基が導入された全構成単位中、架橋構造単位を0.3〜5.0モル%含有する芳香族ビニルポリマーからなる太さが1〜60μmの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に直径が10〜100μmの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体であって、全細孔容積が0.5〜5ml/gであり、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量が0.3〜5mg当量/mlであり、イオン交換基が該多孔質イオン交換体中に均一に分布している。
第2のモノリスイオン交換体は、イオン交換基を含まない油溶性モノマー、界面活性剤及び水の混合物を撹拌することにより油中水滴型エマルジョンを調製し、次いで油中水滴型エマルジョンを重合させて全細孔容積が16ml/gを超え、30ml/g以下の連続マクロポア構造のモノリス状の有機多孔質中間体を得るI工程、芳香族ビニルモノマー、一分子中に少なくとも2個以上のビニル基を有する全油溶性モノマー中、0.3〜5モル%の架橋剤、芳香族ビニルモノマーや架橋剤は溶解するが芳香族ビニルモノマーが重合して生成するポリマーは溶解しない有機溶媒及び重合開始剤からなる混合物を調製するII工程、II工程で得られた混合物を静置下、且つI工程で得られたモノリス状の有機多孔質中間体の存在下に重合を行い、共連続構造体を得るIII工程、該III工程で得られた共連続構造体にイオン交換基を導入するIV工程を行うことで得られる。
(I工程;モノリス中間体の製造)
スチレン19.2g、ジビニルベンゼン1.0g、ソルビタンモノオレエート(以下SMOと略す)1.0gおよび2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)0.26gを混合し、均一に溶解させた。次に,当該スチレン/ジビニルベンゼン/SMO/2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)混合物をTHF1.8mlを含有する180gの純水に添加し、遊星式撹拌装置である真空撹拌脱泡ミキサー(イーエムイー社製)を用いて5〜20℃の温度範囲において減圧下撹拌して、油中水滴型エマルションを得た。このエマルションを反応容器に速やかに移し、密封後静置下で60℃、24時間重合させた。重合終了後、内容物を取り出し、イソプロパノールで抽出した後、減圧乾燥して、連続マクロポア構造を有するモノリス中間体を製造した。水銀圧入法により測定した該モノリス中間体のマクロポアとマクロポアが重なる部分の開口(メソポア)の平均直径は56μm、全細孔容積は7.5ml/gであった。
次いで、スチレン49.0g、ジビニルベンゼン1.0g、1-デカノール50g、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.5gを混合し、均一に溶解させた(II工程)。次に上記モノリス中間体を外径70mm、厚さ約20mmの円盤状に切断して、7.6g分取した。分取したモノリス中間体を内径90mmの反応容器に入れ、当該スチレン/ジビニルベンゼン/1-デカノール/2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)混合物に浸漬させ、減圧チャンバー中で脱泡した後、反応容器を密封し、静置下60℃で24時間重合させた。重合終了後、厚さ約30mmのモノリス状の内容物を取り出し、アセトンでソックスレー抽出した後、85℃で一夜減圧乾燥した(III工程)。
上記の方法で製造したモノリスを、外径70mm、厚み約15mmの円盤状に切断した。モノリスの重量は27gであった。これにジクロロメタン1500mlを加え、35℃で1時間加熱した後、10℃以下まで冷却し、クロロ硫酸145gを徐々に加え、昇温して35℃で24時間反応させた。その後、メタノールを加え、残存するクロロ硫酸をクエンチした後、メタノールで洗浄してジクロロメタンを除き、更に純水で洗浄して連続マクロポア構造を有するモノリスカチオン交換体を得た。
(モノリスの製造)
スチレンの使用量、架橋剤の種類と使用量、有機溶媒の種類と使用量、スチレン及びジビニルベンゼン含浸重合時に共存させるモノリス中間体の多孔構造、架橋密度および使用量を表1に示す配合量に変更した以外は、参考例1と同様の方法でモノリスを製造した。その結果を表1及び表2に示す。なお、参考例2〜11のSEM画像(不図示)及び表2から、参考例2〜11のモノリスの開口の平均直径は22〜70μmと大きく、骨格を構成する壁部の平均厚みも25〜50μmと厚く、骨格部面積はSEM画像領域中26〜44%と骨太のモノリスであった。
上記の方法で製造したモノリスを、それぞれ参考例1と同様の方法でクロロ硫酸と反応させ、連続マクロポア構造を有するモノリスカチオン交換体を製造した。その結果を表2に示す。参考例2〜11のモノリスカチオン交換体の開口の平均直径は46〜138μmであり、骨格を構成する壁部の平均厚みも45〜110μmと厚く、骨格部面積はSEM画像領域中26〜44%であり、イオン交換帯長さも従来のものよりも短く、差圧係数も低い値を示した。また、体積当りの交換容量も大きな値を示した。また、参考例8のモノリスカチオン交換体については、機械的特性の評価も行なった。
参考例8で得られたモノリスカチオン交換体を、水湿潤状態で4mm×5mm×10mmの短冊状に切り出し、引張強度試験の試験片とした。この試験片を引張試験機に取り付け、ヘッドスピードを0.5mm/分に設定し、水中、25℃にて試験を行った。その結果、引張強度、引張弾性率はそれぞれ45kPa、50kPaであり、従来のモノリスカチオン交換体に比べて格段に大きな値を示した。また、引張破断伸びは25%であり、従来のモノリスカチオン交換体よりも大きな値であった。
(モノリスの製造)
スチレンの使用量、架橋剤の使用量、有機溶媒の使用量を表1に示す配合量に変更した以外は、参考例1と同様の方法で参考例4と同じ組成・構造のモノリスを製造した。なお、参考例13は内径75mmの反応容器に代えて、内径110mmの反応容器を用いた以外は、参考例12と同様の方法で行ったものである。その結果を表1及び表2に示す。
上記の方法で製造したモノリスを、外径70mm、厚み約15mmの円盤状に切断した。これにジメトキシメタン1400ml、四塩化スズ20mlを加え、氷冷下クロロ硫酸560mlを滴下した。滴下終了後、昇温して35℃、5時間反応させ、クロロメチル基を導入した。反応終了後、母液をサイフォンで抜き出し、THF/水=2/1の混合溶媒で洗浄した後、更にTHFで洗浄した。このクロロメチル化モノリス状有機多孔質体にTHF1000mlとトリメチルアミン30%水溶液600mlを加え、60℃、6時間反応させた。反応終了後、生成物をメタノール/水混合溶媒で洗浄し、次いで純水で洗浄して単離した。
(I工程;モノリス中間体の製造)
スチレン5.4g、ジビニルベンゼン0.17g、ソルビタンモノオレエート(以下SMOと略す)1.4gおよび2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)0.26gを混合し、均一に溶解させた。次に、当該スチレン/ジビニルベンゼン/SMO/2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)混合物を180gの純水に添加し、遊星式撹拌装置である真空撹拌脱泡ミキサー(イーエムイー社製)を用いて5〜20℃の温度範囲において減圧下撹拌して、油中水滴型エマルションを得た。このエマルションを速やかに反応容器に移し、密封後静置下で60℃、24時間重合させた。重合終了後、内容物を取り出し、メタノールで抽出した後、減圧乾燥して、連続マクロポア構造を有するモノリス中間体を製造した。このようにして得られたモノリス中間体(乾燥体)の内部構造をSEM画像(図7)により観察したところ、隣接する2つのマクロポアを区画する壁部は極めて細く棒状であるものの、連続気泡構造を有しており、水銀圧入法により測定したマクロポアとマクロポアが重なる部分の開口(メソポア)の平均直径は70μm、全細孔容積は21.0ml/gであった。
次いで、スチレン76.0g、ジビニルベンゼン4.0g、1-デカノール120g、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)0.8gを混合し、均一に溶解させた(II工程)。次に上記モノリス中間体を直径70mm、厚さ約40mmの円盤状に切断して4.1gを分取した。分取したモノリス中間体を内径75mmの反応容器に入れ、当該スチレン/ジビニルベンゼン/1-デカノール/2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)混合物に浸漬させ、減圧チャンバー中で脱泡した後、反応容器を密封し、静置下60℃で24時間重合させた。重合終了後、厚さ約60mmのモノリス状の内容物を取り出し、アセトンでソックスレー抽出した後、85℃で一夜減圧乾燥した(III工程)。
上記の方法で製造したモノリスを、直径75mm、厚み約15mmの円盤状に切断した。モノリスの重量は18gであった。これにジクロロメタン1500mlを加え、35℃で1時間加熱した後、10℃以下まで冷却し、クロロ硫酸99gを徐々に加え、昇温して35℃で24時間反応させた。その後、メタノールを加え、残存するクロロ硫酸をクエンチした後、メタノールで洗浄してジクロロメタンを除き、更に純水で洗浄して共連続構造を有するモノリスカチオン交換体を得た。
(共連続構造を有するモノリスの製造)
スチレンの使用量、架橋剤の使用量、有機溶媒の使用量、スチレン及びジビニルベンゼン含浸重合時に共存させるモノリス中間体の多孔構造、架橋密度及び使用量を表3に示す配合量に変更した以外は、参考例14と同様の方法で共連続構造を有するモノリスを製造した。なお、参考例17は内径75mmの反応容器に代えて、内径110mmの反応容器を用いた以外は、参考例14と同様の方法で行ったものである。その結果を表3及び表4に示す。
上記の方法で製造したモノリスを、それぞれ参考例14と同様の方法でクロロ硫酸と反応させ、共連続構造を有するモノリスカチオン交換体を製造した。その結果を表4に示す。また、得られた共連続構造を有するモノリスカチオン交換体の内部構造は、不図示のSEM画像及び表4から参考例15〜17で得られたモノリスカチオン交換体はイオン交換体長さは従来のものよりも短く、差圧係数も小さい値を示した。また、単位体積当りの交換容量も従来より大きな値を示した。また、参考例15のモノリスカチオン交換体については、機械的特性の評価も行なった。
参考例15で得られたモノリスカチオン交換体を、水湿潤状態で4mm×5mm×10mmの短冊状に切り出し、引張強度試験の試験片とした。この試験片を引張試験機に取り付け、ヘッドスピードを0.5mm/分に設定し、水中、25℃にて試験を行った。その結果、引張強度、引張弾性率はそれぞれ23kPa、15kPaであり、従来のモノリスカチオン交換体に比べて格段に大きな値を示した。また、引張破断伸びは50%であり、従来のモノリスカチオン交換体よりも大きな値であった。
(共連続構造を有するモノリスの製造)
スチレンの使用量、架橋剤の使用量、有機溶媒の使用量、スチレン及びジビニルベンゼン含浸重合時に共存させるモノリス中間体の多孔構造、架橋密度及び使用量を表3に示す配合量に変更した以外は、参考例14と同様の方法で共連続構造を有するモノリスを製造した。なお、参考例19は内径75mmの反応容器に代えて、内径110mmの反応容器を用いた以外は、参考例18と同様の方法で行ったものである。その結果を表3及び表4に示す。
上記の方法で製造したモノリスを、直径70mm、厚み約15mmの円盤状に切断した。これにジメトキシメタン1400ml、四塩化スズ20mlを加え、氷冷下クロロ硫酸560mlを滴下した。滴下終了後、昇温して35℃で5時間反応させ、クロロメチル基を導入した。反応終了後、母液をサイフォンで抜き出し、THF/水=2/1の混合溶媒で洗浄した後、更にTHFで洗浄した。このクロロメチル化モノリス状有機多孔質体にTHF1000mlとトリメチルアミン30%水溶液600mlを加え、60℃、6時間反応させた。反応終了後、生成物をメタノール/水混合溶媒で洗浄し、次いで純水で洗浄して
単離した。
(連続マクロポア構造を有するモノリス状有機多孔質体(公知品)の製造)
特開2002−306976号記載の製造方法に準拠して連続マクロポア構造を有するモノリス状有機多孔質体を製造した。すなわち、スチレン19.2g、ジビニルベンゼン1.0g、SMO1.0gおよび2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)0.26gを混合し、均一に溶解させた。次に,当該スチレン/ジビニルベンゼン/SMO/2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)混合物を180gの純水に添加し、遊星式撹拌装置である真空撹拌脱泡ミキサー(イーエムイー社製)を用いて5〜20℃の温度範囲において減圧下撹拌して、油中水滴型エマルションを得た。このエマルションを反応容器に速やかに移し、密封後静置下で60℃、24時間重合させた。重合終了後、内容物を取り出し、イソプロパノールで抽出した後、減圧乾燥して、連続マクロポア構造を有するモノリス状有機多孔質体を製造した。
上記の方法で製造した有機多孔質体を、外径70mm、厚み約15mmの円盤状に切断した。有機多孔質体の重量は6gであった。これにジクロロメタン1000mlを加え、35℃で1時間加熱した後、10℃以下まで冷却し、クロロ硫酸30gを徐々に加え、昇温して35℃で24時間反応させた。その後、メタノールを加え、残存するクロロ硫酸をクエンチした後、メタノールで洗浄してジクロロメタンを除き、更に純水で洗浄して連続マクロポア構造を有するモノリス状多孔質カチオン交換体を得た。得られたカチオン交換体の反応前後の膨潤率は1.6倍であり、体積当りのイオン交換容量は、水湿潤状態で0.22mg当量/mlと参考例1〜19に比べて小さな値を示した。水湿潤状態での有機多孔質イオン交換体のメソポアの平均直径を、有機多孔質体の値と水湿潤状態のカチオン交換体の膨潤率から見積もったところ46μmであり、骨格を構成する壁部の平均厚み8μm、骨格部面積はSEM画像領域中10%、全細孔容積は、8.6ml/gであった。また、水を透過させた際の圧力損失の指標である差圧係数は、0.013MPa/m・LVであった。結果を表5にまとめて示す。また、参考例20で得られたモノリスカチオン交換体については、機械的特性の評価も行なった。
参考例20で得られたモノリスカチオン交換体について、参考例8の評価方法と同様の方法で引張試験を行った。その結果、引張強度、引張弾性率はそれぞれ28kPa、12kPaであり、参考例8のモノリスカチオン交換体に比べて低い値であった。また、引張破断伸びも17%であり、本発明のモノリスカチオン交換体よりも小さかった。
(連続マクロポア構造を有するモノリス状有機多孔質体の製造)
スチレンの使用量、ジビニルベンゼンの使用量、SMOの使用量を表5に示す配合量に変更した以外は、参考例20と同様の方法で、従来技術により連続マクロポア構造を有するモノリス状有機多孔質体を製造した。結果を表5に示す。また、参考例23のモノリスの内部構造は不図示のSEMにより観察した。なお、参考例23は全細孔容積を最小とする条件であり、油相部に対してこれ以下の水の配合では、開口が形成できない。参考例21〜23のモノリスはいずれも、開口径が9〜18μmと小さく、骨格を構成する壁部の平均厚みも15μmと薄く、また、骨格部面積はSEM画像領域中最大でも22%と少なかった。
上記の方法で製造した有機多孔質体を、参考例20と同様の方法でクロロ硫酸と反応させ、連続マクロポア構造を有するモノリス状多孔質カチオン交換体を製造した。結果を表5に示す。開口直径を大きくしようとすると壁部の厚みが小さくなったり、骨格が細くなったりする。一方、壁部を厚くしたり、骨格を太くしようとすると開口の直径が減少する傾向が認められた。その結果、差圧係数を低く押さえると体積当りのイオン交換容量が減少し、イオン交換容量を大きくすると差圧係数が増大した。
(連続マクロポア構造を有するカチオンモノリスの製造)
スチレン27.7g、ジビニルベンゼン6.9g、アゾビスイソブチロニトリル(ABIBN)0.14g及びソルビタンモノオレエート3.8gを混合し、均一に溶解させた。次に、当該スチレン/ジビニルベンゼン/アゾビスイソブチロニトリル/ソルビタンモノオレエート混合物を450mlの純水に添加し、ホモジナイザーを用いて2万回転/分で2分間攪拌し、油中水滴型エマルジョンを得た。乳化終了後、油中水滴型エマルジョンをステンレス製のオートクレーブに移し、窒素で十分置換した後密封し、静置下60℃で24時間重合させた。重合終了後、内容物を取り出し、イソプロパノールで18時間ソックスレー抽出し、未反応モノマーとソルビタンモノオレエートを除去した後、40℃で一昼夜減圧乾燥した。このようにして得られたスチレン/ジビニルベンゼン共重合体よりなる架橋成分を14モル%含有した有機多孔質体11.5gを分取し、ジクロロエタン800mlを加え、60℃で30分加熱した後、室温まで冷却し、クロロ硫酸59.1gを徐々に加え、室温で24時間反応させた。その後、酢酸を加え、多量の水中に反応物を投入し、水洗、乾燥して多孔質カチオン交換体を得た。この多孔質体のイオン交換容量は、乾燥多孔質体換算で4.4mg当量/g、湿潤体積換算で、0.32mg当量/mlであり、EPMAを用いた硫黄原子のマッピングにより、スルホン酸基が多孔質体に均一に導入されていることを確認した。また、SEM観察の結果、この有機多孔質体の内部構造は連続気泡構造を有しており、平均径30μmのマクロポアの大部分が重なり合い、マクロポアとマクロポアの重なりで形成されるメソポアの孔径は5μmであり、全細孔容積は、10.1ml/g、BET比表面積は10m2/gであった。
p-クロロメチルスチレン54.0g、ジビニルベンゼン51.9g、アゾビスイソブチロニトリル0.78g及びソルビタンモノオレエート2.25gを混合し、均一に溶解させた。次に、当該混合物を180mlの純水に添加し、500ml容量の円筒型容器に入れ、遊星式攪拌装置(VMX−360、EME社製)を用いて−0.08MPaの減圧下、公転回転数1800回転/分、自転回転数600回転/分で5分間攪拌し、油中水滴型エマルジョンを得た(油中水滴型エマルジョン形成工程)。乳化終了後、窒素で十分置換した後、密封し、静置下、60℃で24時間重合させた(重合工程)。重合終了後、内容物を取り出し、イソプロパノールで18時間ソックスレー抽出し、未反応モノマーとソルビタンモノオレエートを除去した後、85℃で一昼夜減圧乾燥した。このようにして得られたp−クロロメチルスチレン/ジビニルベンゼン共重合体よりなる架橋成分を50モル%含有した多孔質体を製造した。この多孔質体に、ジオキサン1500gを加え80℃で30分加熱した後、室温まで冷却し、トリメチルアミン(30%)水溶液195gを徐々に加え、50℃で3時間反応させた後、室温で一昼夜放置した。反応終了後、多孔質体を取り出し、アセトンで洗浄後水洗し、乾燥して多孔質アニオン交換体を得た。SIMSにより、トリメチルアンモニウム基が多孔質体に均一に導入されていることを確認した。また、SEM観察の結果、この多孔質体の内部構造は、連続気泡構造を有しており、平均径30μm のマクロポアの大部分が重なり合い、マクロポアとマクロポアの重なりで形成されるメソポアの直径の平均値は4μm、全細孔容積は9.9ml/gであった。架橋成分を50モル%含有した多孔質共重合体を製造した。
II工程で用いる有機溶媒の種類をポリスチレンの良溶媒であるジオキサンに変更したことを除いて、参考例1と同様の方法でモノリスの製造を試みた。しかし、単離した生成物は透明であり、多孔構造の崩壊・消失が示唆された。確認のためSEM観察を行ったが、緻密構造しか観察されず、連続マクロポア構造は消失していた。
・ 電気式脱イオン水製造装置;EDI(オルガノ社製)
・ 混合イオン交換体の体積比率MB(IRA402BL:IR120B=1:1):カチオンモノリス(CMo):アニオンモノリス(AMo);4:1:1
・ 混合イオン交換体で使用したカチオンモノリス(CMo);参考例8
・ 混合イオン交換体で使用したアニオンモノリス(AMo);参考例13
・ 被処理水の流量;30l/h
・ 濃縮水の流量;10l/h
比較例1
・ 電気式脱イオン水製造装置;D2EDI(オルガノ社製)
・ 第1小脱塩室;幅55mm、高さ230mm、厚さ8mm
・ 第1小脱塩室の混合イオン交換体の体積比率(CER:CMo);2:1
・ 第1小脱塩室の混合イオン交換体のCMo;参考例8
・ 第2小脱塩室;幅55mm、高さ230mm、厚さ8mm
・ 第2小脱塩室の混合イオン交換体の体積比率(AER:AMo);2:1
・ 第2小脱塩室の混合イオン交換体のAMo;参考例13
・ 被処理水の流量;20l/h
・ 濃縮水の流量;7.5l/h
(電気式脱イオン水製造装置の作製)
参考例8のカチオンモノリスに代えて、参考例24のカチオンモノリスを用いたこと、参考例13のアニオンモノリスに代えて、参考例25のアニオンモノリスを用いたこと以外は、実施例3と同様でEDIを得、運転を行なった。その結果、運転時間1000時間における抵抗率は17.9MΩ-cmの処理水を得るための、平均印加電圧は30V、電流は0.3Aであった。また、通水差圧は210kPaであった。加えて平均印加電圧を27Vで上記と同様の運転を行ったところ抵抗率は15MΩ-cmであった。
2 アニオン交換膜
4 脱塩室
4a 第1小脱塩室
4b 第2小脱塩室
5 濃縮室
7 陽極
8 陰極
9 中間イオン交換膜
10、10a、10b 電気式脱イオン水製造装置
15 脱塩室
41 粒状アニオン交換樹脂
42 カチオンモノリス
43 アニオンモノリス
44 粒状カチオン樹脂
45 粒状カチオン樹脂と粒状アニオン樹脂との混合樹脂
61 骨格相
62 空孔相
Claims (13)
- 陽極側がアニオン交換膜で区画され陰極側がカチオン交換膜で区画されるイオン交換体が充填される脱塩室を内包し、該イオン交換体に被処理水を通過させると共に、該両イオン交換膜を介して被処理水の流れに対して垂直方向に直流電場を作用させて、該両イオン交換膜の外側に流れている濃縮水中に被処理水中のイオンを電気的に排除する電気式脱イオン水製造装置において、該イオン交換体が、モノリス状有機多孔質イオン交換体と粒状イオン交換樹脂の混合イオン交換体であり、該モノリス状有機多孔質イオン交換体が、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が水湿潤状態で平均直径30〜300μmの開口となる連続マクロポア構造体であり、全細孔容積0.5〜5ml/g、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量0.4〜5mg当量/mlであり、イオン交換基が該多孔質イオン交換体中に均一に分布しており、且つ該連続マクロポア構造体(乾燥体)の切断面のSEM画像において、断面に表れる骨格部面積が、画像領域中25〜50%であることを特徴とする電気式脱イオン水製造装置。
- 陽極側がアニオン交換膜で区画され陰極側がカチオン交換膜で区画されるイオン交換体が充填される脱塩室を内包し、該イオン交換体に被処理水を通過させると共に、該両イオン交換膜を介して被処理水の流れに対して垂直方向に直流電場を作用させて、該両イオン交換膜の外側に流れている濃縮水中に被処理水中のイオンを電気的に排除する電気式脱イオン水製造装置において、該イオン交換体が、モノリス状有機多孔質イオン交換体と粒状イオン交換樹脂の混合イオン交換体であり、該モノリス状有機多孔質イオン交換体が、イオン交換基が導入された全構成単位中、架橋構造単位を0.3〜5.0モル%含有する芳香族ビニルポリマーからなる太さが1〜60μmの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に直径が10〜100μmの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体であって、全細孔容積が0.5〜5ml/gであり、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量0.3〜5mg当量/mlであり、イオン交換基が該多孔質イオン交換体中に均一に分布していることを特徴とする電気式脱イオン水製造装置。
- 該脱塩室は、通水方向に沿って、粒状イオン交換樹脂とモノリス状有機多孔質イオン交換体をこの順序で積層する構造であるか、又は該積層構造の繰り返し構造であることを特徴とする請求項1又は2記載の電気式脱イオン水製造装置。
- 該脱塩室は、通水方向に沿って、モノリス状有機多孔質イオン交換体と粒状イオン交換樹脂をこの順序で積層する構造であるか、又は該積層構造の繰り返し構造であることを特徴とする請求項1又は2記載の電気式脱イオン水製造装置。
- 該モノリス状有機多孔質イオン交換体は、通水方向に沿ってカチオン交換体及びアニオン交換体が積層する構造またはこの積層構造の繰り返し構造であることを特徴とする請求項3又は4記載の電気式脱イオン水製造装置。
- 該アニオン交換膜と該カチオン交換膜の間に更に中間イオン交換膜を配設して、該アニオン交換膜と該中間イオン交換膜で区画される第1イオン交換体が充填される第1小脱塩室と該中間イオン交換膜と該カチオン交換膜で区画される第2イオン交換体が充填される第2小脱塩室を形成し、該第1小脱塩室と該第2小脱塩室に被処理水をこの順序で直列に通過させるか、または該第2小脱塩室と該第1小脱塩室に被処理水をこの順序で直列に通過させると共に、該イオン交換膜を介して被処理水の流れに対して垂直方向に直流電場を作用させて、該アニオン交換膜と該カチオン交換膜の外側に流れている濃縮水中に被処理水中のイオンを電気的に排除する電気式脱イオン水製造装置において、該第1及び第2イオン交換体が、モノリス状有機多孔質イオン交換体と粒状イオン交換樹脂の混合イオン交換体であり、該モノリス状有機多孔質イオン交換体が、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が水湿潤状態で平均直径30〜300μmの開口となる連続マクロポア構造体であり、全細孔容積0.5〜5ml/g、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量0.4〜5mg当量/mlであり、イオン交換基が該多孔質イオン交換体中に均一に分布しており、且つ該連続マクロポア構造体(乾燥体)の切断面のSEM画像において、断面に表れる骨格部面積が、画像領域中25〜50%であることを特徴とする電気式脱イオン水製造装置。
- 該アニオン交換膜と該カチオン交換膜の間に更に中間イオン交換膜を配設して、該アニオン交換膜と該中間イオン交換膜で区画される第1イオン交換体が充填される第1小脱塩室と該中間イオン交換膜と該カチオン交換膜で区画される第2イオン交換体が充填される第2小脱塩室を形成し、該第1小脱塩室と該第2小脱塩室に被処理水をこの順序で直列に通過させるか、または該第2小脱塩室と該第1小脱塩室に被処理水をこの順序で直列に通過させると共に、該イオン交換膜を介して被処理水の流れに対して垂直方向に直流電場を作用させて、該アニオン交換膜と該カチオン交換膜の外側に流れている濃縮水中に被処理水中のイオンを電気的に排除する電気式脱イオン水製造装置において、該第1及び第2イオン交換体が、モノリス状有機多孔質イオン交換体と粒状イオン交換樹脂の混合イオン交換体であり、該モノリス状有機多孔質イオン交換体が、イオン交換基が導入された全構成単位中、架橋構造単位を0.3〜5.0モル%含有する芳香族ビニルポリマーからなる太さが1〜60μmの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に直径が10〜100μmの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体であって、全細孔容積が0.5〜5ml/gであり、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量0.3〜5mg当量/mlであり、イオン交換基が該多孔質イオン交換体中に均一に分布していることを特徴とする電気式脱イオン水製造装置。
- 該第1小脱塩室及び該第2小脱塩室は、それぞれ被処理水流入側から流出側に向けて、粒状イオン交換樹脂とモノリス状有機多孔質イオン交換体をこの順序で積層する構造であるか、又は該積層構造の繰り返し構造であることを特徴とする請求項6又は7記載の電気式脱イオン水製造装置。
- 該第1小脱塩室と該第2小脱塩室に被処理水をこの順序で直列に通過させるものであって、該第1小脱塩室は、被処理水流入側から流出側に向けて、粒状アニオン交換樹脂とモノリス状有機多孔質アニオン交換体をこの順序で積層する構造であり、該第2小脱塩室は、該第1小脱塩室の処理水流入側から流出側に向けて、カチオン交換樹脂とモノリス状有機多孔質カチオン交換体をこの順序で積層する構造であることを特徴とする請求項6〜8のいずれか1項に記載の電気式脱イオン水製造装置。
- 陽極側がアニオン交換膜で区画され陰極側がカチオン交換膜で区画される気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が水湿潤状態で平均直径30〜300μmの開口となる連続マクロポア構造体であり、全細孔容積0.5〜5ml/g、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量0.4〜5mg当量/mlであり、イオン交換基が該多孔質イオン交換体中に均一に分布しており、且つ該連続マクロポア構造体(乾燥体)の切断面のSEM画像において、断面に表れる骨格部面積が、画像領域中25〜50%であるモノリス状有機多孔質イオン交換体と粒状イオン交換樹脂の混合イオン交換体が充填される脱塩室を内包する電気式脱イオン水製造装置を用い、該混合イオン交換体に被処理水を通過させると共に、該両イオン交換膜を介して被処理水の流れに対して垂直方向に直流電場を作用させて、該両イオン交換膜の外側に流れている濃縮水中に被処理水中のイオンを電気的に排除することを特徴とする電気式脱イオン水製造装置の運転方法。
- 陽極側がアニオン交換膜で区画され陰極側がカチオン交換膜で区画されるイオン交換基が導入された全構成単位中、架橋構造単位を0.3〜5.0モル%含有する芳香族ビニルポリマーからなる太さが1〜60μmの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に直径が10〜100μmの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体であって、全細孔容積が0.5〜5ml/gであり、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量0.3〜5mg当量/mlであり、イオン交換基が該多孔質イオン交換体中に均一に分布しているモノリス状有機多孔質イオン交換体と粒状イオン交換樹脂の混合イオン交換体が充填される脱塩室を内包する電気式脱イオン水製造装置を用い、該混合イオン交換体に被処理水を通過させると共に、該両イオン交換膜を介して被処理水の流れに対して垂直方向に直流電場を作用させて、該両イオン交換膜の外側に流れている濃縮水中に被処理水中のイオンを電気的に排除することを特徴とする電気式脱イオン水製造装置の運転方法。
- 陽極側のアニオン交換膜と陰極側のカチオン交換膜と該アニオン交換膜と該カチオン交換膜の間に位置する中間イオン交換膜とを有し、該アニオン交換膜と該中間イオン交換膜で形成される隙間にモノリス状有機多孔質イオン交換体と粒状イオン交換樹脂の第1混合イオン交換体が充填される第1小脱塩室と該中間イオン交換膜と該カチオン交換膜で形成される隙間にモノリス状有機多孔質イオン交換体と粒状イオン交換樹脂の第2混合イオン交換体が充填される第2小脱塩室を内包する電気式脱イオン水製造装置を用い、該第1小脱塩室と該第2小脱塩室に被処理水をこの順序で直列に通過させるか、または該第2小脱塩室と該第1小脱塩室に被処理水をこの順序で直列に通過させると共に、該アニオン交換膜又は該カチオン交換膜を介して被処理水の流れに対して垂直方向に直流電場を作用させて、該アニオン交換膜と該カチオン交換膜の外側に流れている濃縮水中に被処理水中のイオンを電気的に排除する方法であって、該第1小脱塩室のモノリス状有機多孔質イオン交換体及び該第2小脱塩室のモノリス状有機多孔質イオン交換体が共に、気泡状のマクロポア同士が重なり合い、この重なる部分が水湿潤状態で平均直径30〜300μmの開口となる連続マクロポア構造体であり、全細孔容積0.5〜5ml/g、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量0.4〜5mg当量/mlであり、イオン交換基が該多孔質イオン交換体中に均一に分布しており、且つ該連続マクロポア構造体(乾燥体)の切断面のSEM画像において、断面に表れる骨格部面積が、画像領域中25〜50%であることを特徴とする電気式脱イオン水製造装置の運転方法。
- 陽極側のアニオン交換膜と陰極側のカチオン交換膜と該アニオン交換膜と該カチオン交換膜の間に位置する中間イオン交換膜とを有し、該アニオン交換膜と該中間イオン交換膜で形成される隙間にモノリス状有機多孔質イオン交換体と粒状イオン交換樹脂の第1混合イオン交換体が充填される第1小脱塩室と該中間イオン交換膜と該カチオン交換膜で形成される隙間にモノリス状有機多孔質イオン交換体と粒状イオン交換樹脂の第2混合イオン交換体が充填される第2小脱塩室を内包する電気式脱イオン水製造装置を用い、該第1小脱塩室と該第2小脱塩室に被処理水をこの順序で直列に通過させるか、または該第2小脱塩室と該第1小脱塩室に被処理水をこの順序で直列に通過させると共に、該アニオン交換膜又は該カチオン交換膜を介して被処理水の流れに対して垂直方向に直流電場を作用させて、該アニオン交換膜と該カチオン交換膜の外側に流れている濃縮水中に被処理水中のイオンを電気的に排除する方法であって、該第1小脱塩室のモノリス状有機多孔質イオン交換体及び該第2小脱塩室のモノリス状有機多孔質イオン交換体が共に、イオン交換基が導入された全構成単位中、架橋構造単位を0.3〜5.0モル%含有する芳香族ビニルポリマーからなる太さが1〜60μmの三次元的に連続した骨格と、その骨格間に直径が10〜100μmの三次元的に連続した空孔とからなる共連続構造体であって、全細孔容積が0.5〜5ml/gであり、水湿潤状態での体積当りのイオン交換容量0.3〜5mg当量/mlであり、イオン交換基が該多孔質イオン交換体中に均一に分布していることを特徴とする電気式脱イオン水製造装置の運転方法。
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